查洁法结合RANS方程的滑行艇阻力计算方法

摘要/Abstract

摘要： 针对雷诺平均NavierStokes（RANS）方程结合流体积法（VOF）计算滑行艇阻力耗时较长、现有滑行艇阻力估算公式精度较低且适用范围有限，提出了一种查洁法结合RANS方程的滑行艇阻力计算方法.通过求解艇体平衡方程，迭代求出艇体航态，动态计及升沉和纵倾角对艇体流场和阻力计算的影响.对于艇体航态变化显著时的阻力计算（体积傅氏数F>1.5），先采用查洁法估算初始纵倾角，再求解RANS方程可大幅提高计算效率.采用该方法计算了现代滑行艇模型46671和SM5的阻力、升沉和纵倾角，并与试验结果对比.结果表明：0.26≤F≤6.03，阻力计算值与试验值误差小于7%，升沉和纵倾角计算值与试验值吻合良好，从而验证了所提出的计算方法有效性.

关键词: 滑行艇, 查洁法, 雷诺平均NavierStokes 方程, 动态平衡法, 黏性兴波流场, 阻力, 升沉, 纵倾角

Abstract: Considering the shortage of RANSE & VOF method and semiempirical methods for resistance calculating of planing crafts, a new hydrodynamic equilibrium method, which takes the influence of dynamic sinkage and trim into account, was presented by combination of them. The sinkage and trim are computed by equating the vertical force and pitching moment to the hydrodynamic restoring force and moment. To improve the efficiency, the initial attitudes of planing crafts is provided by “ЦАГИ” method when F>1.5. The present method is found to be efficient in calculating the flow field, resistance, sinkage and trim of planing crafts, and validated by the 46671 and SM5 hull model test data. In a wide range of volume Froude numbers from 0.26 to 6.03, the resistance prediction error is below 7% with a good accordance of sinkage and trim prediction.

Key words: planing craft, ЦАГИ method, reynoldsaveraged NaiverStokes (RANS) equations, hydrodynamic equilibrium method, viscous wavemaking flow field, resistance, dynamic sinkage；trim

中图分类号:

U 661.32

董文才, 姚朝帮. 查洁法结合RANS方程的滑行艇阻力计算方法[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2012, 46(08): 1223-1229.

DONG Wen-Cai, YAO Chao-Bang. Study on Method to Calculate Resistance of Planing Crafts by Combination of “ЦАГИ” Method and RANSE[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2012, 46(08): 1223-1229.

参考文献

［1］

Nagai T，Yoshida Y. Estimation of resistance，trim and draft of planing craft ［J］. Ship Technology Research，1993，40(3)：133137.
［2］John M A. Resistance prediction of planing hulls：State of the art ［J］. Marine Technology, 1993，30(4)：297307.
［3］邵世明，王文富，陈龙. 长宽比对滑行艇阻力的影响［J］.上海交通大学学报，1993，33（3）：374376.
SHAO Shiming, WANG Wenfu, CHEN Long. Influence of lengthbeam ratio on resistance for planing hulls［J］. Journal of Shanghai Jiaotong University, 1993, 33(3):374376.
［4］董文才，郭日修. 滑行艇阻力研究进展［J］. 船舶力学，2000，4(4)：6881.
DONG Wencai, GUO Rixiu. State of the art of prediction on resistance of planning crafts ［J］. Journal of Ship Mechanics, 2000, 4(4):6881.
［5］Clement E P，Blount D L. Resistance tests of a systematic series of planing hull forms ［J］. Trans SNAME，1963, 71:491579.
［6］姚朝帮，董文才，许勇，等. RBF神经网络在深V型滑行艇阻力计算中的应用［J］. 海军工程大学学报，2010，22(1)：3944.
YAO Chaobang, DONG Wencai, XU Yong， et al. Application of RBF neural networks to resistance prediction of deepV planning craft ［J］. Journal of Naval University of Engineering, 2010, 22(1):3944.
［7］董祖舜. 快艇动力学［M］. 武汉：华中理工大学出版社，1991：4754.
［8］赵连恩, 谢永和. 高性能船原理与设计［M］. 北京: 国防工业出版社, 2009:152156.
［9］董文才. 滑行艇及平板气层减阻的研究［D］. 武汉：海军工程大学舰船与海洋工程系，2003.
［10］吴乘胜，陈雄，孙立宪, 等. 静水中自由船模拖曳CFD模拟方法研究［J］. 船舶力学，2010，14(8)：823832.
WU Chensheng, CHEN Xiong, SUN Lixian ,et al.Numerical simualtion of free ship model towed in still water［J］. Journal of Ship Mechanics, 2010, 14(8): 823832.
［11］姚朝帮.计及航态影响的船舶阻力计算方法及其应用研究［D］.武汉：海军工程大学舰船与海洋工程系，2010.
［12］Azcueta R. Steady and unsteady RANSE simulations for planing crafts ［EB/OL］. (20040101) ［20120412］.

http://www.capehorneng.com/archives/publications/AzcuetaFast03.pdf.
［13］董文才，欧勇鹏，郭日修. B.H.型气泡滑行艇阻力模型试验研究［J］.船舶力学，2010，14(7)：708716.
DONG Wencai, OU Yongpeng, GUO Rixiu. Experimental study on the resistance of bottom hollowed air cavity planning craft ［J］. Journal of Ship Mechanics, 2010,14(7): 708716.

[1]	王晓亮, 姚小松, 高爽, 刘国华. 超低轨卫星气动阻力特性[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(8): 1089-1100.
[2]	王会峰, 张庆营, 姜立群. 半潜式平台大合拢前后的拖航方案研究与应用[J]. 海洋工程装备与技术, 2022, 9(1): 8-14.
[3]	谭顿,陶建峰,陈良深,王旭永. 叶片摩擦系数对液压凸轮转子伺服马达转矩性能影响[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(2): 160-166.
[4]	张孟喜, 马原, 邱成春. 加强节点布置方式对双向土工格栅拉拔特性的影响[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(12): 1307-1315.
[5]	宋科委，郭春雨，龚杰，李平，王伟. 阻流板对双桨船阻力和伴流场影响数值研究[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(8): 957-964.
[6]	杨羿帆, 李欣, 武博, 李健行, 盛楠. 不同形状长月池对钻井船阻力影响研究[J]. 海洋工程装备与技术, 2019, 6(1): 470-477.
[7]	王刚成，马宁，顾解忡. 基于Kriging代理模型的船舶水动力性能多目标快速协同优化[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2018, 52(6): 666-673.
[8]	毛立夫，魏成柱，李英辉，易宏. 浸深对高速斜支柱小水线面双体船阻力的影响[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2018, 52(3): 276-282.
[9]	龚晓南1，解才1，周佳锦1，邵佳函1，舒佳明2. 静钻根植竹节桩抗压与抗拔对比研究[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2018, 52(11): 1467-1476.
[10]	肖潇, 李明广, 夏小和, 王建华. 基坑开挖对临近明挖暗埋隧道竖向变形的影响机理[J]. 上海交通大学学报, 2018, 52(11): 1437-1443.
[11]	孙士龙, 徐善辉, 刘广辉, 杨涛, 庄宏昌, 王程临. 半潜式起重铺管船出坞拖航阻力分析[J]. 海洋工程装备与技术, 2017, 4(6): 373-376.
[12]	杨旭, 陈国龙, 范模, 谭越. 张力腿平台湿拖稳性及拖航阻力分析[J]. 海洋工程装备与技术, 2017, 4(5): 300-306.
[13]	邹旭毛，李良星，孔刘波，王华胜. 颗粒堆积床内两相流动阻力及相间摩擦力[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2017, 51(4): 470-.
[14]	蒋一，孙寒冰，邹劲，杨东梅，胡安康. 变角度尾压浪板对断级滑行艇阻力性能的影响[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2017, 51(3): 320-.
[15]	曾冬, 莫辛, 李雄岩, 劳景水, 王少平, 朱沫. 修钻井作业系统在圆筒形FPSO上的应用研究[J]. 海洋工程装备与技术, 2016, 3(3): 168-174.